Analysis of oscillatory processes in the cardiovascular system in response to local heating in patients with type 2 diabetes mellitus

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A comprehensive spectral analysis was used to assess heart rate variability and skin perfusion pattern of limbs in patients with type 2 diabetes mellitus in response to local heating and to identify significant predictors of physiological and pathological changes in the cardiovascular system. An electrocardiogram and skin perfusion on the forearm and foot were measured using Laser Doppler flowmetry at rest and during local heating in both healthy volunteers and patients with type 2 diabetes. The wavelet analysis was applied to Laser Doppler signals and heart rate variability (based on electrocardiogram signals). ROC analysis was used to evaluate significant predictors. The analysis results of patients with type 2 diabetes were compared with healthy controls. The following changes were observed in patients 1) impairment of skin blood flow reserve on the foot during heating, 2) lower amplitude oscillations in heart rate at rest and during heating, 3) an increase in amplitude of oscillations in the skin blood flow from the forearm in intervals related to respiration and heart activity at rest and during heating, 4) a decrease in amplitude of oscillations in the skin blood flow on the foot in the interval related to myogenic activity at rest and in cardiointerval during heating. The parameters of cardiovascular system (energies of heart rate variability at low-frequencies recorded by laser Doppler flowmetry on forearm in intervals related to respiration activity) with high discriminative power were revealed to distinguish patients from healthy subjects in response to local heating; these parameters can be used as markers for early diagnosis of microvascular disorders.

About the authors

I. V Tikhonova

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

A. V Tankanag

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

I. E Guseva

Hospital of Pushchino Scientific Centre, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

A. A Grinevich

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: grin_aa@mail.ru
Pushchino, Moscow Region, Russia

References

  1. S. De Rosa, B. Arcidiacono, E. Chiefari, et al., Front. Endocrinol. (Lausanne), 9, 2 (2018).
  2. I. Eleftheriadou, A. Tentolouris, P. Grigoropoulou, et al., J. Diabetes Complications, 33 (2), 165 (2019).
  3. I. V. Tikhonova, A. A. Grinevich, A. V. Tankanag, et al., Biophysics (Oxford), 67 (4), 647 (2022).
  4. A. Adamska, A. Araszkiewicz, S. Pilacinski, et al., Microvasc. Res., 121), 46 (2019).
  5. J. L. Cracowski and M. Roustit, Compr. Physiol., 10 (3), 1105 (2020).
  6. A. A. Romanovsky, Handbook Clin. Neurol., 156, 3 (2018).
  7. T. H. Chou and E. F. Coyle, Temperature (Austin), 10 (3), 326 (2023).
  8. J. M. Johnson, C. T. Minson and D. L. Kellogg, Jr., Compr. Physiol., 4 (1), 33 (2014).
  9. G. P. Kenny, R. J. Sigal and R. McGinn, Temperature (Austin). 3 (1), 119 (2016).
  10. D. D. Sandeman, C. A. Pym, E. M. Green, et al., Brit. Med. J., 302 (6785), 1122 (1991).
  11. F. Khan, T. A. Elhadd, S. A. Greene, et al., Diabetes Care, 23 (2), 215 (2000).
  12. I. Mizeva, E. Zharkikh, V. Dremin, et al., Microvasc. Res., 120), 13 (2018).
  13. J. Francisco and C. Renero, Med. Hypotheses, 176), 111086 (2023).
  14. A. Caselli, L. Uccioli, L. Khaodhiar, et al., Microvasc. Res., 66 (2), 134 (2003).
  15. P. R. Vas, A. Q. Green, and G. Rayman, Diabetologia, 55 (3), 795 (2012).
  16. A. Parshakov, N. Zubareva, S. Podtaev, et al., Adv. Skin Wound Care, 30 (4), 158 (2017).
  17. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology., Circulation, 93 (5), 1043 (1996).
  18. J. E. Ortiz-Guzman, S. Molla-Casanova, O. J. Arias-Mutis, et al., J. Cardiovasc. Dev. Dis., 10 (5), (2023).
  19. Y. K. Jan, Diagnostics (Basel), 12 (3), (2022).
  20. S. Smith, P. Normahani, T. Lane, et al., Life (Basel), 12 (8), (2022).
  21. I. V. Tikhonova, A. V. Tankanag, I. E. Guseva, et al., Biomed. Signal Processing and Control, 79, 104222 (2023).
  22. World Health Organization, https://www.who.int/health-topics/diabetes (дата обращения 28.08.2023).
  23. I. V. Tikhonova, A. A. Grinevich, I. E. Guseva, et al., Microcirculation, 28 (1), e12655 (2021).
  24. P. A. Oberg, T. Tenland and G. E. Nilsson, Acta Med. Scand. Suppl., 687), 17 (1984).
  25. A. W. Guy, J. F Lehmann, and J. B. Stonebridge, Proc. IEEE, 62 (1), 55 (1974).
  26. J. M. Johnson, G. L. Brengelmann, and L. B. Rowell, J. Appl. Physiol., 41 (6), 826 (1976).
  27. D. M. Keller, M. Sander, B. Stallknecht, et al., J. Physiol., 588 (Pt 19), 3799 (2010).
  28. I. Heinonen, R. M. Brothers, J. Kemppainen, et al., J. Appl. Physiol., 111 (3), 818 (2011).
  29. A. Stefanovska, M. Bracic, and H. D. Kvernmo, IEEE Trans. Biomed. Eng., 46 (10), 1230 (1999).
  30. A. Tankanag and N. Chemeris, Phys. Med. Biol., 53 (21), 5967 (2008).
  31. L. Li, S. Mac-Mary, J. M. Sainthillier, et al., Gerontology, 52 (3), 142 (2006).
  32. I. V. Tikhonova, A. V. Tankanag, and N. K. Chemeris, Skin Res. Technol., 19 (1), e174 (2013).
  33. K. Jin, Aging Dis., 10 (3), 676 (2019).
  34. C. Aliani, E. Rossi, P. Francia, et al., Physiol. Meas., 42 (12), (2021).
  35. A. I. Zherebtsova, V. V. Dremin, I. N. Makovik, et al., Front. Physiol., 10, 416 (2019).
  36. M. Sorelli, P. Francia, L. Bocchi, et al., Microvasc. Res., 124, 91 (2019).
  37. A. Gottsater, A. R. Ahlgren, S. Taimour, et al., Clin. Auton Res., 16 (3), 228 (2006).
  38. S. C. de Moura-Tonello, A. Porta, A. Marchi, et al., PLoS One, 11 (3), e0148903 (2016).
  39. T. Benichou, B. Pereira, M. Mermillod, et al., PLoS One, 13 (4), e0195166 (2018).
  40. T. Mastantuono, M. Di Maro, M. Chiurazzi, et al., Transl. Med. UniSa., 15, 1 (2016).
  41. I. Kozlov, E. Zherebtsov, G. Masalygina, et al., Diagnostics (Basel), 11 (2), 267 (2021).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».